Linear and nonlinear optical properties of functionalized forms of noble metal nanoclusters are addressed in this thesis. Noble metal nanoclusters belong to nonscalable regime in which each atom counts. They exhibit molecular like electronic transitions, due to quantum confinement effects, which are strongly influenced by structure. These systems have potential for applications in biosensing and bioimaging, based on their unique optical, electronic and structural properties, after being stabilized either by formation of hybrid systems of metal nanoclusters and biomolecules or protecting nanoclusters by ligands. Using density functional theory and its time dependent version interplay between electronic and structural properties in hybrid nanocluster-biomolecules and ligated clusters has been investigated in order to gain insight into origins of their unique optical properties. To understand optical properties of hybrid systems, silver cluster-histidine complexes, as well as nonlinear properties of ligated silver nanoclusters have been investigated theoretically, and compared with experimental results obtained by expert international collaborators. Within this thesis the concept has been worked out allowing to design systems with large two-photon cross sections which can serve for efficient imaging of tissues and cells.

U ovoj tezi su opisana linearna i nelinearna optička svojstva funkcioniziranih oblika nanoklastera plemenitih metala. Nanoklasteri plemenitih metala pripadaju neskalirajućim sustavima u kojima se svaki atom broji. Zbog efekata kvantnog zatočenja, imaju elektronske prijelaze slične onima u molekulama, na koje jako utječe struktura. Zbog svojih jedinstvenih optičkih, elektronskih i strukturnih svojstava, potencijalni su kandidati za primjene u biosenzorici i biooslikavanju, nakon što se stabiliziraju formiranjem hibridnih sustava s biomolekulama ili ih se zaštiti ligandima. U tezi je istraživan je odnos elektronskih i strukturnih svojstava u hibridnim sustavima biomolekula i metalnih klastera kao i u ligandiranim klasterima kako bi se razumio uzrok njihovih jedinstvenih optički svojstava, koristeći teoriju funkcionala gustoće i njenu vremenski ovisnu varijantu. Da bi se razumjela svojstva hibridnih sustava, teorijski su istraživani hibridni sustavi srebrenih klastera i histidina te nelinearna svojstva ligandiranih srebrnih klastera, i uspoređeni s eksperimentalnim rezultatima koje su napravili međunarodni suradnici. Razvijen je koncept koji bi mogao pomoći dizajniranju sustava s jakom dvo-fotonskom apsorpcijom koji bi služili za oslikavanje tkiva i stanica.